Биссус, как средства подваления конкурнетов у беломорских мидий
Исследование посвящено анализу межвидовой конкуренции мидий Mytilus trossulus и M. edulis в условиях Белого моря. В этот раз были изменены условия проведения эксперимента: мидии получили доступ к мягким тканям друг друга. Нашей целью было показать, как изменится модель их взаимодействия в новых условиях. Было замечено, что в гетероспецифических парах мидии M.trossulus выделяют больше биссусных нитей, чем в гомоспецифических. У M. edulis нет различий в количестве биссуса в гомо и гетороспецифических парах. На основе полученных данных мы можем предположить, что между видами M. trossulus и M. edulis существуют конкурентные взаимодействия: мидии M. trossulus стремятся подавить особь другого вида. Также было отмечено, что в парах, состоящих из мидий M. trossulus, чаще всего встречалось прикрепление биссуса, идущего к стволу биссусных нитей партнера (взаимные нити). Это может свидетельствовать о наличии внутревидовой конкуренции.
Введение
Одним из условий выживания моллюсков семейства Mitilidae в прибрежной зоне является их способность прикрепляться к субстрату посредством биссусных нитей (Lee et al., 1990). Образование нити, имеющей неклеточное белковое строение (Waite, 1983, 1997), в биссусной бороздке ноги происходит по принципу отливки в фильерах (+++вехова 2022 2021 процитировать!!!). При этом аппарат, секретирующий биссусс, несмотря на сохранение единого плана организации, может иметь некоторые особенности строения у разных видов этого семейства (Vekhova, 2019, 2021; Вехова, 2007, 2021).
Известно, мидии могут использовать биссус в качестве оружия (Petraitis, 1987) для борьбы с конкурентами, облепляя поверхность их тел, препятствуя тем самым нормальному функционированию организма конкурента (Khalaman, Lezin 2015). Негативное влияние биссуса было доказано в исследованиях В. М. Хайтова и А. В. Артемьевой (2004) и А. Бритикова (2022). Было показано снижение жизнеспособности брюхоногих моллюсков из-за прикрепления к ним биссусных нитей. Питер Петрайтис с соавторами (Petraitis et al, 1987) описал оборонительное поведение M. edulis в отношении хищных улиток Nucella lapillus. Успех M. edulis в обездвиживании N. lapillus позволяет предположить, что биссусные нити способны обеспечивать защиту от хищников.
Криптические виды, которыми являются мидий Mytilus edulis Linnaeus, 1758 и M. trossulus A. Gould, 1850, имеют пересекающиеся ареалы обитания (Стрелков и др, 2012) и занимают сходные экологические ниши. В их случае принцип Гаузе проявляется в экологической диверсификации по разным экологическим нишам: M.trossulus чаще селятся на водорослях, а M.edulis предпочитают поверхность грунта (Katolikova и др., 2016). Одной из причин расхождения данных видов по микробиотопам может быть вытеснения более слабого конкурента в менее благоприятное местообитание. В последнем случае должны существовать механизмы конкуренции, которые пока не известны.
Изучению возможных механизмов конкуренции двух видов беломорских мидий была посвящена наша прошлая работа (Шеламова, 2022). Тогда были смоделированы условия, в которых мидия имела возможность ощупывать ногой поверхность раковины соседней мидии (но не могла при этом контактировать с мягкими тканями соседа) и приреплять биссусные нити либо к раковине соседа либо к неживому субстрату. Нами было показано, что Mytilus edulis и M. trossulus пользуются разными стратегиями распределения биссусных нитей. M.edulis с большей вероятностью прикрепляются к особям другого вида, а M. trossulus наооборот стремятся прикрепиться к субстрату или к особи своего вида. Так как M. edulis и M.trossulus очень близкие виды и занимают сходные экологические ниши, можно ожидать, что моллюски могут вступать в конкурентные отношения, используя биссус. В таком случае M. edulis имеют преимущество в конкуренции.
Отсутствие контакта с мягкими тканями является менее реалистичной моделью поведения мидий, поэтому, чтобы получить результаты, наиболее полно отражающие действительнось, в данной работе мы построили наш эксперимент так, чтобы моллюски имели доступ к мягким тканям друг друга. Это позволяло обеим мидиям приреплять биссус как к соседу, имея возможность дотянуться до тканей, так и к неживому субстрату. В этой работе мы хотели изучить изменения результатов взаимодействия в данных условиях.
Материал и методика
1.Сбор материала
Сбор материала был проведен в ходе экспедиции Лаборатории экологии морского бентоса (гидробиологии) в августе 2023 г. Мидии для эксперимента были собраны в (+++). После этого моллюски были отмыты от ила и отобраны с помощью теста, предложенного в работе Э.Бюмона с соавторами (Beaumont и др, 2008). Это было необходимо для увеличения вероятности попадания в выборки M.trossulus и M. edulis. Мидии подвергались сжатию в спинно-брюшном направлении: у M.trossulus, обладающих более тонкой раковиной, при этом появляется широкая щель между створками раковины, у M. edulis, обладающих более толстыми створками, такая щель не образуется. Надежное определение вида моллюсков возможно только путем мультилокусного генотипирования (Khaitov et al., 2021), однако как было показано в работе В.М.Хайтова и соавторов (Khaitov et al., 2021) генетически определенный вид коррелирует с так называемым морфотипом мидии. M. edulis и M. trossulus в Белом море различаются по следующему конхологическому признаку: наличием или отсутствием непрерывной полосы призматическогослоя под нимфой лигамента на внутренней стороне раковины. Эта полоса встречается у 74% мидий вида M. trossulus, в то время как у 96% M. edulis этот признак отсутствует. Поэтому мы обозначили мидий, имеющих эту полоску, как Т-морфотип, а те, у которых эта полоска отсутствует, - как Е-морфотип (рис.1).
2.Проведение эксперимента
Для проведения эксперимента было подготовлено 19 керамических пластин (размер). Поверхность, не покрытая эмалью, была зачищена наждачной бумагой. На эту сторону пластины маркером были нанесены метки, располагвшиеся на расстоянии 1 см друг от друга. Эти метки использовались для размещения экспериментальных моллюсков. Мидии были закреплены брюшными сторонами, направленными друг к другу, так, чтобы расстояние между особями составляло 1 см. Закрепление моллюсков осуществляли с помощью циан-акрилатного гель-клея (“тм Момент”). Для этого раковину протирали бумажным полотенцеми наносили на нее каплю клея. После этого моллюска прижимали к пластине на несколько секунд. Сифональные края всех моллюсков были ориентированы в одну сторону. Всего к одной пластине крепились восемь мидий.Оба моллюска имели возможность ощупывать друг друга ногой и выделять биссусные нити как к раковине соседа, так и к субстрату. На пластине располагались чертыре пары мидий в разных сочетаниях морфотипов, предположительно определенных по признаку Бюмона: TT, TE, ET, EE. Всего было изготовлено четыре варианта пластин, различающихся по чередованию типов пар мидий.
Сразу после приклеивания всех пар моллюсков керамическую плитку оставляли в ведре со свежей морской водой. После изготовления четырех пластин, они были закреплены стяжками в пластиковом решетчатом садке (рис.+++), который был закрыт решетчатой крышкой. Перед закрытием крышки с помощью скальпеля были разрезаны все биссусные нити, которые мидии могли образовать за время подготовки экспериментального садка. Далее садки были зафиксированы металлическими шурупами на деревянной доске с прикрепленными к ней кирпичами. Эта система из пяти садков была установлена в литоральной луже в акватории Южной губы (Рис. +++). Первый садок, состоящий из трех пластин был снят через 4 дня после постановки эксперимента. Еще два садка(8 пластин) - через 5 дней, и оставшиеся(всего 8 пластин) - через 7 дней.
По истечении срока экспозиции были подсчитаны биссусные нити, которые выделили обе мидии в паре. Подсчет проходил под бинокуляром. При этом препаровальной иглой отделяли одну нить (если нити слипались, воду между ними выдували) и после учета этой нити, ее разрывали. Учитывалось к какому объекту идет каждая из нитей (к пластине или к раковине соседней мидии). При обработке эксперимента было замечено прикрепление биссуса, идущего к стволу биссусных нитей партнера (рис. +++). Невозможно было отличить, к кому прикреплялись данные нити, поэтому их мы обозначили, как взаимные. Количество взаимных нитей мы не учитывали, а просто отмечали их наличие.
После подсчетов нитей моллюсков отделяли от субстрата и удаляли мягкие ткани, а раковины маркировали и высушивали. На сухих створках определяли морфотип мидий (рис.+++). Если на внутренней поверхности раковины в районе нимфы лигамента находили непрерывную полосу призматического слоя, то такую мидию считали Т-морфотипом, а если этот признак обнаружить не удавалось, перламутровый слой закрывал призматический слой и вплотную подходил к нимфе лигамента, мидию относили к Е-морфотипу. Если оказывалось, что предполагаемый морфотип хотя бы одной мидии в паре не соответствовал определенному, то такие пары мидий не учитывались в дальнейшем анализе. Всего было изученно четыре типа пар: EE (+ пар), ET (+ пар), TT(+ пар).
3. Статистическая обработка
В анализе мы использовали три типа переменных отклика. Во-первых, это количество биссусных нитей. Во-вторых, мы анализировали долю нитей, идущих от мидии к раковине партнера, в общей сумме нитей, выделенных данной особью. Наконец, мы анализировали частоту взаимного биссуса в парах разного типа. Для анализа двух мидий из одной пары мы обозначали, как мидия A (особь, располагающаяся слева) и мидия B (особь справа).
Для описания результатов был введено два термина: гомоспецифические и гетероспецифические пары. Гомоспецифическими являлись пары, у которых морфотипы соседних мидий были одинаковые: ЕЕ, ТТ. А гетероспецифическими - пары с разными морфотипами – ЕТ, ТЕ, которые мы объединили в одну (ET) из-за отсутствия различий между ними.
Для множественного сравнения трех типов пар мы применяли однофакторный дисперсионный анализ. После него было проведено попарное сравнение средних с помощью критерия Тьюки.
Изложение результатов
- Общее количество биссусных нитей
Для особей A и B, которые различаются лишь формально по своему положению относительно друг друга, были построены бокс-плоты (рис. +++, I, II), отражающие общее количество биссусных нитей, произведнных моллюсками в той или иной комбинции. Заметно, что мидии Е-морфотипа выделяют меньше биссуса, чем мидии T-морфотипа. Вторая закономерность заключается в том, что в парах ET мидии T-морфотипа выделяют больше биссусных нитей, чем в парах TT. (я выделила два повторяющихся предложения. так и надо, чтобо их было два?..)
Для статистического анализа связи количества биссусных нитей с тем, в какой комбинации находились мидии пары были разделены на гетероспецифические (ET) и гомоспецифические (EE и TT). Дисперсионный анализ (Табл. +++) показал, что для особей A статистически значимыми факторами оказываются морфотип и тип пары (взаимодействие факторов не выявлено). Для особей B(Табл. +++) значимо воздействие морфотипа и взаимодействие морфотипа с типом пары.
Для попарного сравнения был применен критерий Тьюки (Табл +++, табл. +++), который показал, что в гетероспецифических парах у мидий морфотипа T выделяется большее количество биссуса, чем у мидий того же морфотипа в гомоспецифических парах, как для мидии A, так для мидии B (Рис. III и IV). Различия количества выделяемого биссуса мидиями Е-морфотипа оказывается незначимым в гомо и в гетероспецифических парах.
## Загрузка требуемого пакета: carData##
## Присоединяю пакет: 'car'## Следующий объект скрыт от 'package:dplyr':
##
## recode| term | sumsq | df | statistic | p.value |
|---|---|---|---|---|
| Morph_A | 978.5511 | 1 | 9.393680 | 0.0032221 |
| Type | 1012.5732 | 1 | 9.720277 | 0.0027626 |
| Morph_A:Type | 330.2154 | 1 | 3.169929 | 0.0799053 |
| Residuals | 6458.6159 | 62 | NA | NA |
| term | contrast | estimate | adj.p.value |
|---|---|---|---|
| Morph_A | t-e | 8.4448529 | 0.0013404 |
| Type | Homospecific-Heterospecific | -7.8055188 | 0.0028669 |
| Morph_A:Type | t:Heterospecific-e:Heterospecific | 12.3450980 | 0.0060753 |
| Morph_A:Type | e:Homospecific-e:Heterospecific | -3.4877193 | 0.7560117 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-e:Heterospecific | -0.1333333 | 0.9999834 |
| Morph_A:Type | e:Homospecific-t:Heterospecific | -15.8328173 | 0.0001047 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-t:Heterospecific | -12.4784314 | 0.0054406 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-e:Homospecific | 3.3543860 | 0.7771654 |
| term | sumsq | df | statistic | p.value |
|---|---|---|---|---|
| Morph_B | 2035.3831 | 1 | 27.825957 | 0.0000018 |
| Type | 142.9646 | 1 | 1.954486 | 0.1670859 |
| Morph_B:Type | 820.7651 | 1 | 11.220774 | 0.0013805 |
| Residuals | 4535.1092 | 62 | NA | NA |
| term | contrast | estimate | adj.p.value |
|---|---|---|---|
| Morph_B | t-e | 11.238889 | 0.0000015 |
| Type | Homospecific-Heterospecific | -2.943781 | 0.1672460 |
| Morph_B:Type | t:Heterospecific-e:Heterospecific | 18.423529 | 0.0000005 |
| Morph_B:Type | e:Homospecific-e:Heterospecific | 3.507740 | 0.6113164 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-e:Heterospecific | 7.756863 | 0.0605817 |
| Morph_B:Type | e:Homospecific-t:Heterospecific | -14.915790 | 0.0000243 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-t:Heterospecific | -10.666667 | 0.0060546 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-e:Homospecific | 4.249123 | 0.4806474 |
Рисунок +++. Количество биссусных нитей в разных типах пар. Пары ЕТ и ТЕ объединены в гетероспецифические, а TT и EE - в гомоспецифические. Статистически значимые различия отражены на графиках разными буквами (a и b), незначимые - одинаковыми. Графики соответствуют особям A и B. Горизонтальные линии отражают медианы. Границы “ящика” соответствуют 1-му и 3-му квартилям. Усы отражают 1.5 межквартильных расстояний. Горизонтальная пунктирная линия обозначает среднее значение всей выборки.
- Доля биссусных нитей
Для особей A и B, которые различаются лишь формально по своему положению относительно друг друга, были построены бокс-плоты (Рис. +++), отражающие долю биссусных нитей, произведнных моллюсками в той или иной паре.
Дисперсионный анализ не выявил статистически значимых различий у особей А (Табл. +++). Для особей B(Табл. +++) значимо взаимодействие морфотипа с типом пары.
Для попарного сравнения был применен критерий ТЬюки (Табл +++, табл. +++), который не выявил статистически значимых различий как у мидии А, так и у мидии В.
| term | sumsq | df | statistic | p.value |
|---|---|---|---|---|
| Morph_A | 0.2988966 | 1 | 2.3869564 | 0.1274410 |
| Type | 0.2156976 | 1 | 1.7225379 | 0.1942047 |
| Morph_A:Type | 0.0145591 | 1 | 0.1162671 | 0.7342718 |
| Residuals | 7.7636898 | 62 | NA | NA |
| term | contrast | estimate | adj.p.value |
|---|---|---|---|
| Morph_A | t-e | 0.1455486 | 0.0999643 |
| Type | Homospecific-Heterospecific | -0.1139229 | 0.1959991 |
| Morph_A:Type | t:Heterospecific-e:Heterospecific | 0.1045990 | 0.8378866 |
| Morph_A:Type | e:Homospecific-e:Heterospecific | -0.1439489 | 0.6430380 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-e:Heterospecific | 0.0203484 | 0.9985941 |
| Morph_A:Type | e:Homospecific-t:Heterospecific | -0.2485479 | 0.1632364 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-t:Heterospecific | -0.0842506 | 0.9072364 |
| Morph_A:Type | t:Homospecific-e:Homospecific | 0.1642973 | 0.5387420 |
| term | sumsq | df | statistic | p.value |
|---|---|---|---|---|
| Morph_B | 0.0162681 | 1 | 0.1912062 | 0.6634340 |
| Type | 0.0365902 | 1 | 0.4300606 | 0.5143855 |
| Morph_B:Type | 0.3836178 | 1 | 4.5088275 | 0.0377186 |
| Residuals | 5.2750531 | 62 | NA | NA |
| term | contrast | estimate | adj.p.value |
|---|---|---|---|
| Morph_B | t-e | 0.0328516 | 0.6502728 |
| Type | Homospecific-Heterospecific | -0.0470949 | 0.5145461 |
| Morph_B:Type | t:Heterospecific-e:Heterospecific | -0.1255531 | 0.6197332 |
| Morph_B:Type | e:Homospecific-e:Heterospecific | -0.1866566 | 0.2316550 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-e:Heterospecific | -0.0057701 | 0.9999368 |
| Morph_B:Type | e:Homospecific-t:Heterospecific | -0.0611035 | 0.9296397 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-t:Heterospecific | 0.1197830 | 0.6758504 |
| Morph_B:Type | t:Homospecific-e:Homospecific | 0.1808865 | 0.2852757 |
- Частота взаимного биссуса
При подсчете биссуса были обнаружены нити, идущие к стволу биссусных нитей мидии-партнера. Вскрытие показало, что нити идут от одной биссусный железы к другой. При этом невозможно было определить, какой моллюск является донором, а какой - акцептором.
